Технология сварки балки коробчатого профиля

Содержание

1. Введение 2

2. Назначение конструкции и требования к сварным соединениям 3

3. Основной металл и оценка его свариваемости 5

Общая характеристика основного металла 5

Оценка свариваемости основного металла 5

4. Выбор вида сварки 7

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами 7

Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом 8

Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса 9

5. Заготовительные операции 10

6. Технологический процесс сборки  и сварки 11

7. Выбор сварочных материалов 13

Сварочная проволока 13

Сварочный флюс 14

Сварочная углекислота 15

8. Расчёт режимов сварки 16

Режимы механизированной сварки в среде СО₂ 16

Режимы автоматической сварки под флюсом 17

9. Выбор сварочного оборудования 19

Оборудование для дуговой сварки в среде CO₂ 19

Оборудование для сварки под флюсом 22

10. Сборочно-сварочные приспособления 25

11. Экология и безопасность жизнедеятельности 26

12. Выводы 28

13. Список литературы 29

Приложения:

Чертёж изделия – 1 лист (формат А4)

Маршрутная  карта – 2 листа (формат А4)

1. Введение

В настоящее  время одной из актуальных проблем  машиностроения является повышение  качества и надежности конструкций  при одновременном повышение  производительности труда и автоматизации  производства.

Требования  по улучшению качества и надежности сварных конструкций обеспечиваются путем правильного выбора вида сварки, сварочных материалов, расчета наиболее рационального режима сварки.

Сварка - один из ведущих технологических процессов современной промышленности, от степени развития и совершенствования которого во многом зависит уровень технологии в машиностроении, строительстве и ряде других отраслей хозяйства. Правильно разработанный технологический процесс сварки обеспечивает получение не только надежных соединений и конструкций, отвечающим всем эксплуатационным требованиям, но и допускает максимальную степень комплексной механизации и автоматизации всего производственного процесса изготовления деталей, экономически выгоден по затратам на энергию, на сварочные материалы и по затратам человеческого труда. Преимущества сварных конструкций в настоящее время общепризнанны, такие конструкции повсеместно применяют взамен литых и клепаных соединений. Эти преимущества сводятся к уменьшению расхода металла, снижению затрат труда, упрощению оборудования, увеличению производительности.

В проектируемом  технологическом процессе изготовления балки коробчатого профиля особое внимание уделено повышению производительности труда, механизации и автоматизации  сварочных работ за счет внедрения  нового высокопроизводительного оборудования и применения новых сварочных  материалов.

2. Назначение  конструкции и требования к сварным  соединениям

Балка коробчатого  сечения представляет собой сварную  конструкцию из четырёх металлических  пластин, сваренных между собой  с образованием замкнутого контура. Подобные конструкции нашли широкое  применение в строительной отрасли  в качестве различных видов опор и несущих конструкций. Преимущество применения балок коробчатого профиля  заключается в том, что металл балки более полно работает при  различного рода изгибах (по сравнению  с цельнометаллической балкой), имея при этом сравнительно небольшую массу.

Балка изготавливается  из конструкционной низколегированной  стали марки 09Г2. Условия эксплуатации конструкции нормальные, интервал рабочих  температур от -30 до +50 градусов.

Конструкция должна выдерживать предельно допустимые нагрузки в течение расчетного срока  службы, обеспечить долговечность и  надежность, предусматривать возможность  технического освидетельствования, ремонта  и контроля металла в соединении.

Основные  типы, конструктивные элементы и размеры  сварных соединений выполняемых  сваркой под слоем флюса должны соответствовать ГОСТ 8713-79, ГОСТ 11533-75.

Качество сварных конструкций  определяется:

• рациональной конструкцией;
• качеством основного материала; качеством сварочных материалов, флюса (соответствие сертификату, государственному стандарту или техническим условиям);
• качеством сборки детали;
• качеством подготовки поверхности деталей под сварку;
• уровнем разработанного технологического процесса, степенью автоматизации сборочно-сварочных операций;
• квалификацией сварщиков, операторов и наладчиков, общей культурой производства;

• качеством сварного шва: т.е. выполненного без  дефектов, в соответствии требованию прочности, плавным переходам к  основному материалу.

Входящие  детали под сварку должны удовлетворять  требованиям чертежа. Свариваемые  кромки деталей в местах наложения  швов и прилегающие к ним кромки шириной не менее 20мм в каждую сторону  должны быть очищены от окалины, ржавчины, краски, масла смазки и других загрязнений  до металлического блеска. Контроль  размеров зачистки осуществляется линейкой измерительной металлической или штангенциркулем.

Детали, подготовленные под сварку, не должны иметь острых кромок. Детали, предназначенные для сварки, после штамповки должны  быть очищены от масла, жира, грязи моющими растворами.

Под технологичностью понимают конструктивные оптимальные  формы, которые отвечают служебному назначению изделия, обеспечивают работу в пределах заданного ресурса, позволяют  изготовить изделие с минимальными затратами материала, труда, времени.

Конструкцию можно считать технологичной, когда:

• Материал обладает хорошей свариваемостью, не склонен к образованию холодных и горячих трещин, охрупчиванию, не чувствителен к образованию закаленных структур, малая склонность к красноломкости, хладноломкости,  жаропрочен, коррозионно-стойкий.
• Конструкция изделия позволяет применять механизацию и автоматизацию сборки, сварки и транспортных операций.
• Конструкция может обеспечить свободный подход электродов к месту сварки. т.е. тип соединения - открытый.

На основании вышеизложенного  делаем вывод, что конструкция технологична.

3. Основной  металл и оценка его свариваемости

Общая характеристика основного металла

Конструкция изготавливается  из стали 09Г2 ГОСТ 19281-89. В таблицах 1, 2 и 3 приведены химический состав, механические и физические свойства стали.

Таблица 1. Химический состав стали 09Г2

Таблица 2. Механические свойства при Т=20^oС

Таблица 3. Физические свойства стали 09Г2

Оценка свариваемости  основного металла

Под технологической  свариваемостью понимают способность  материала образовывать при рациональном технологическом процессе сварки прочное  соединение без существенного снижения технологических свойств свариваемого материала в самом соединении и в прилегающей зоне.

Обязательными критериями при оценке свариваемости  являются стойкость сварного соединения против образования горячих и холодных трещин, а также равноценность механических свойств сварного соединения основному металлу.

Для углеродистых и низколегированных сталей стойкость  сварного соединения против образования  горячих и холодных трещин оценивается  косвенным способом по эквиваленту  углерода.

1. Оценка стойкости углеродистых сталей против образования горячих трещин по эквиваленту углерода

Сталь не склонна  к горячим трещинам.

2. Оценка стойкости углеродистых сталей против образования холодных трещин по эквиваленту углерода

 
Сталь не склонна к холодным трещинам.

4. Выбор вида сварки

Технологию сварки выбираем исходя из следующих требований:

1. Равнопрочность металла шва с основным металлом;
2. Отсутствие трещин, непроваров, пор, подрезов, шлаковых включений;
3. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние;
4. Изменение форм и размеров (деформации), должны находится в разумных пределах, не отражающихся на работоспособности конструкции;

Рассмотрим три способа  сварки для заданной стали:

1. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами;
2. Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом;
3. Автоматическая дуговая сварка под флюсом;

Ручная дуговая  сварка покрытыми электродами

В настоящее  время остается одним из распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется  простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных  для механизированных способов сварки. Существенный недостаток ручной дуговой  сварки металлическими электродами  с покрытием - малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков  сварщика.

Необходимо  также отметить, что ограниченность сварочного тока при ручной сварке приводит к меньшей глубине проплавления, что в свою очередь обуславливает  необходимость применения разделки кромок, а малый коэффициент наплавки приводит к увеличению числа проходов для заполнения разделки. Всё это, в конечном счёте, ведёт к снижению производительности работ и ухудшению  качества сварного соединения. Кроме  того, необходимость периодически обрывать дугу для смены электрода также нарушает однородность шва по его длине и ухудшает общие механические свойства соединения.

Таким образом, достоинства ручной дуговой сварки:

• простота и мобильность способа сварки;
• наличие широкой номенклатуры электродов;
• низкая стоимость сварки.

Недостатки:

• невысокая производительность сварки (3 кг/час);
• невысокое качество металла шва;
• некрасивый внешний вид шва;
• наличие разбрызгивания.

Сварка в среде  защитных газов плавящимся электродом

При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов  шов образуется за счет проплавления основного металла и расплавления дополнительного - электродной проволоки. Дуга горит между концом непрерывно расплавляемой проволоки и изделием. Проволока попадает в зону дуги с помощью механизма со скоростью, равной средней скорости ее расплавления. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и, таким образом, участвует в формировании шва.

Ввиду высокой  проплавляющей способности дуги повышаются требования к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и формирование корня шва обеспечивают теми же приемами, что и при ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки, флюсовые и газовые подушки и т.д.). С уменьшением плотности тока стабильность дуги понижается.

Защитный  газ выбирают с учетом особенностей свариваемого металла, а также требований, предъявляемых к сварным швам. Инертные газы применяются для сварки химически активных металлов, а также  во всех случаях, когда необходимо получить сварные швы, однородные по составу  с основным и присадочным металлом. Активные газы применяют, когда заданные свойства металла можно обеспечить металлургической обработкой (окислением, восстановлением, азотированием и  т.д.).

К достоинствам дуговой сварки в защитных газах относятся:

• высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия;
• высокая производительность;
• эффективная защита расплавленного металла, особенно при применении в качестве защитной среды инертных газов;

• возможность наблюдения за ванной и дугой;
• низкая стоимость выполнения сварочных работ при применении в качестве защитной среды активных газов;
• возможность сварки металлов различной толщины (от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров);
• отсутствие необходимости применения флюсов или обмазок;
• широкая возможность автоматизации и механизации;
• возможность сварки в различных пространственных положениях;
• возможность металлургического влияния на металл шва за счет регулирования состава проволоки и защитного газа.

Недостатки:

• необходимы меры по снижению разбрызгивания;
• сквозняки ухудшают газовую защиту дуги, поэтому сварка на открытом воздухе затруднена;
• необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

Автоматическая  дуговая сварка под слоем флюса

Сварка под  флюсом имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой  покрытыми электродами ввиду  более высокой производительности, высокого качества наплавляемого металла, высокой степени металлургической обработки, возможность сварки различных  материалов, более стабильный состав и свойства металла по всей длине  шва. Это достигается отсутствием  частых кратеров образующихся при смене  электродов, равномерностью плавления  электродной проволоки и основного  металла шва по длине шва, более  надёжной защиты зоны сварки от окисления  легирующих компонентов кислородом воздуха.

При сварке под  флюсом обеспечивается универсальность  процесса, возможность сварки различных  материалов, возможность выполнения сварочных и наплавочных работ. Хорошее формирование поверхности  швов с мелкой чешуйчатостью и  плавным переходом к основному  металлу, отсутствие брызг – преимущество сварки под флюсом, т.к. отпадает надобность в трудоёмкой операции очистки от них поверхности свариваемых  деталей.

При сварке под  флюсом обеспечивается высокое и  стабильное качество сварки. Это достигается  за счёт надёжной защиты металла от воздействия кислорода и азота  воздуха, однородности металла шва  по химическому составу, улучшение  формы шва и сохранение постоянства  его размеров. В результате обеспечивается меньшая вероятность образования  непроваров,  подрезов и других дефектов формирования шва и отсутствие перерывов  в процессе сварки.

За счёт уменьшения доли электродного металла в металле  шва в среднем с 70% при сварке покрытыми электродами до 35% при  сварке под флюсом и уменьшения потерь на угар, разбрызгивание и огарки снижается  расход электродного металла и электроэнергии. Отпадает необходимость в защите глаз и лица рабочего и несколько  уменьшается количество выделяемых в процессе сварки вредных газов, что улучшает условия труда. Кроме  того, процесс сварки хорошо поддаётся  автоматизации.

Недостатками сварки под  флюсом:

• невозможность наблюдать зону сварки;
• сложность сварки металла толщиной меньше 5 мм;
• возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленного флюса и металла.

ВЫВОД:

Анализируя достоинства  и недостатки вышеупомянутых методов, приходим к выводу о предпочтительности использования автоматической дуговой сварки под слоем флюса. Этот способ обеспечивает наилучшее формирование шва с постоянством состава и свойствами металла по всей длине шва, а также снижает затраты на последующую очистку конструкции от брызг металла.

5. Заготовительные операции

Пластины  для изготовления конструкции вырезаются из листов горячекатаной стали  ГОСТ 19903-74 кислородной резкой  К 2202 ГОСТ 14792-80. Листы, имеющие внешнюю деформацию, подлежат правке. Их следует править в многовалковых листоправильных машинах (например, в трехвалковых). Правка выполняется в холодном состоянии при температуре окружающего воздуха не ниже .

Перед поступлением деталей  на участок сварки, необходимо провести химическую подготовку поверхностей деталей  под сварку:

1. Обезжиривание.

• Химсостав ванны: 15% раствор щелочи NaCl

• Температура 20°С.
• Время 3÷5 мин.

2. Травление.

• Химсостав ванны: HCl (200 г/л) + КС (10 г/л).
• Температура 30÷40°С
• Время 2÷5 мин.

3. Поссивация.

• Химсостав ванны: 30% раствор HNO₃
• Температура 20±5°С.
• Время 20÷30 мин.

Примечание: после каждого  вода обработки идет операция промывка в горячей воде и сушка (120÷130°С в течение 20÷30 мин).

Геометрические размеры  деталей соединения и размеры  элементов разделки кромок должны соответствовать  чертежу.

6. Технологический процесс сборки  и сварки

1. Подготовительная
1. При необходимости зачистить кромки деталей и прилегающие к ним поверхности под сварку на ширину не менее 20 мм от края кромки с наружной и внутренней стороны от ржавчины, окалины, масла и других загрязнений до металлического блеска.
2. Очистить сварочную проволоку от масла, ржавчины и других загрязнений.

2.   Сборочно–сварочная
1. Поместить в приспособление детали поз. 1, 2 и 3.
2. Прихватить деталь поз. 1 и 2 к детали поз. 3. Прихватки выполнять длиной 50 мм с шагом 300 мм на указанных режимах.
3. Установить в приспособление деталь поз. 4 и прихватить её к деталям поз. 1 и 2.
4. Прихватить входные и выходные планки, необходимые для начала и окончания сварного шва. Ширина планок 100 мм, длина 150 мм. Прихватки должны иметь ту же разделку, что и основные детали. Планки приваривают стыковым швом, исключая непровары.
5. Установить на конструкцию с помощью струбцин уголки для предотвращения ссыпания флюса (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема прижатия уголков

6. Наложить подварочный шов согласно указанным режимам. Для уменьшения сварочных деформаций швы накладывать, начиная от центра каждого стыка по схеме, приведённой на рисунке 2. Конструкцию вращать цепным кантователем.

Рисунок 2. Схема наложения швов

7. Вернуть конструкцию в исходное положение, согласно рисунку 2.
8. Установить сварочный автомат и начать заполнение разделки на указанном режиме. Швы накладывать по рекомендациям п. 2.6.

3. Слесарная
1. Снять сварную конструкцию с кантователя.
2. Удалить входные и выходные планки.
3. Зачистить места удаления планок.
4. Очистить шов и околошовную зону от флюса и шлаковой корки.

4. Контрольная
1. Проконтролировать визуально качество сварного шва 100%.
2. Проверить сварной шов методом ультразвуковой дефектоскопии.
3. Проконтролировать размеры детали и шва штангенциркулем и измерительной линейкой.

7. Выбор сварочных  материалов

Присадочный металл и другие вещества, используемые при сварке плавлением с целью  получения непрерывного, неразъёмного соединения, удовлетворяющего определённым требованиям, принято называть сварочными материалами.

К сварочным  материалам относится сварочная  проволока, присадочные прутки, порошковая проволока, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, различные  флюсы и защитные газы, которые  должны обеспечить требуемые геометрические размеры и свойства шва, хорошие  технологические условия ведения  процесса сварки, высокую производительность и экономичность процесса, необходимые  санитарно-гигиенические условия  труда при их производстве и сварке.

Сварочная проволока

Сварочная проволока  служит для подвода электрического тока в зону сварки, а также дополнительным металлом, участвующим в образовании  шва. Поверхность сварочной проволоки  должна быть гладкой, без окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Сварочная  проволока поставляется в бухтах и в катушках.

Проволока для механизированной сварки в среде углекислого газа.

В нашей работе применим проволоку  Св-08ГС ГОСТ 2246-70. Химический состав проволоки в соответствии со стандартом указан в таблице 4.

Таблица 4. Химический состав проволоки Св-08ГС по ГОСТ 2246-70

Проволока для автоматической дуговой  сварки под флюсом.

Для сварки под флюсом низкоуглеродистой низколегированной стали 09Г2 воспользуемся электродной проволокой марки Св-08ГА ГОСТ 2246-70. Химический состав проволоки приведён в таблице 5.

Таблица 5. Химический состав проволоки Св-08ГА по ГОСТ 2246-70

Сварочный флюс

       Сварочный флюс - это сварочный материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки, химической очистки соединяемых поверхностей и улучшения качества сварочного шва.

В данной работе применим флюс ОСЦ-45 ГОСТ 9087-81. Он предназначен для механизированной дуговой сварки углеродистых нелегированных и низколегированных сталей, наплавки широкой номенклатуры изделий из углеродистых и низколегированных сталей в сочетании с проволоками марок Св-08, Св-08ГА, S1, S2, S2Mo. Химический состав и свойства флюса приводятся в таблице 6 и 7.

Таблица 6. Химический флюса ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-81

Таблица 7. Свойства флюса ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-81